三道灣水電站出線豎井正井法開挖及方案優(yōu)化

王其德, 姜凌宇, 李江明

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概況

三道灣水電站位于甘肅省張掖市肅南縣境內(nèi)的討賴河干流上,是出山口已建冰溝水電站的上一梯級(jí)電站,為閘壩引水式,總裝機(jī)容量 3×30 MW,屬Ⅲ等中型工程,主要建筑物為 3級(jí)建筑物,次要建筑物為 4級(jí)建筑物,臨時(shí)建筑物為 5級(jí)建筑物。電站由樞紐、引水發(fā)電隧洞、調(diào)壓井、高壓水道及地下廠房等建筑物組成。

出線豎井設(shè)計(jì)頂高程為 2 136.00 m,底部高程為 2 024.15 m,井身 111.85 m,井身開 挖 直 徑 為10.00 m,井身支護(hù)形式為系統(tǒng)錨桿錨噴支護(hù)和型鋼環(huán)向支護(hù)。出線豎井開挖支護(hù)設(shè)計(jì)情況見圖 1。

2 施工方案調(diào)整

出線豎井的作用僅為通風(fēng)出線。但由于施工條件的限制,地下廠房進(jìn)廠交通洞要求在開工后8個(gè)月提交工作面,故原投標(biāo)時(shí)考慮采用的反井鉆機(jī)法開挖出線豎井的方案不能實(shí)現(xiàn),地下廠房主體施工也無法盡早展開。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn),洞口有現(xiàn)成的施工道路可以直接利用,為盡早提供施工工作面,加快施工進(jìn)度,經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位協(xié)商決定改變?cè)┕し桨讣俺绦?先從出線豎井開始施工,在豎井底部打開主廠房的施工通道,以豎井作為母線洞、通風(fēng)洞及部分廠房穹頂?shù)某鲈ǖ?盡早打開主廠房施工工作面。因此,豎井就成為關(guān)鍵線路上的關(guān)鍵項(xiàng)目,其工作面需要提前展開施工,對(duì)豎井的開挖施工方式也相應(yīng)做出調(diào)整,由原設(shè)計(jì)的利用反井鉆自上而下鉆導(dǎo)孔,自下而上擴(kuò)挖溜渣井,再自上而下鉆爆擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面,留渣至底部母線洞后裝運(yùn)出渣的方式進(jìn)行施工更改為在豎井頂部架設(shè)龍門式起重機(jī)自上而下鉆爆施工,用龍門式起重機(jī)吊運(yùn)至豎井頂部的出渣方式,即全部采用正井法施工。

圖1 出線豎井開挖支護(hù)圖

3 正井法施工采用的方法和設(shè)備

正井法施工過程中,鉆爆、支護(hù)、出渣等工序交替進(jìn)行,開挖支護(hù)順序?yàn)樽陨隙逻M(jìn)行施工。主要利用 1臺(tái) HD60小挖掘機(jī)裝渣,利用 10 t龍門式起重機(jī)提升至井口臨時(shí)堆渣區(qū)(圖 2),再用ZL50裝載機(jī)裝 20 t自卸汽車運(yùn)至渣場(chǎng)。

圖 2 正井法開挖出渣示意圖

開挖出渣配備的主要機(jī)械設(shè)備包括 1臺(tái) HD 60型小挖掘機(jī)(斗容 0.6 m3)、1臺(tái) MH10 t-6 m-10 m型龍門式起重機(jī)、自制 2.5 m3料斗 1個(gè)、1臺(tái) ZL50型裝載機(jī)和 2輛 20 t自卸汽車。

正井法開挖出渣情況見圖 2,豎井正井法施工龍門式起重機(jī)平面布置見圖 3。

圖 3 豎井正井法施工龍門式起重機(jī)平面布置示意圖

4 施工中存在的問題

在工程施工過程中,渣料水平運(yùn)輸?shù)裙ば蚓軡M足施工需求。但由于受噴護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)和裝渣及龍門式起重機(jī)提升速度等因素影響,嚴(yán)重制約了施工進(jìn)度,無法在 11月初完成豎井井身開挖施工的任務(wù)目標(biāo),具體表現(xiàn)突出的問題為:

(1)按照確保施工安全和常規(guī)施工機(jī)械配置原則,豎井施工配備的起重機(jī)的主要工作是進(jìn)行井內(nèi)設(shè)備及材料吊運(yùn)工作等,使用頻率不高,通用的提升設(shè)備為慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)。進(jìn)場(chǎng)后,因工期緊、任務(wù)重,暫時(shí)購(gòu)置不到滿足施工要求的設(shè)備。經(jīng)過考察研究,從公司內(nèi)部其它工地調(diào)撥了 1臺(tái)MH10 t-6 m-10 m型門式電動(dòng)葫蘆起重機(jī)(起重能力 10 t,最大理論提升速度僅為 6 m/min)用于施工。在前 40 m井身開挖支護(hù)施工過程中,由于其提升速度過慢,導(dǎo)致吊渣時(shí)間過長(zhǎng),前 40 m吊渣單次工作循環(huán)平均時(shí)間達(dá) 13 min。進(jìn)而使整個(gè)開挖支護(hù)施工工序時(shí)間延長(zhǎng),嚴(yán)重制約了施工進(jìn)度。

(2)在渣料垂直運(yùn)輸過程中采用單個(gè)料斗施工,導(dǎo)致渣料在提升和空斗降落過程中挖掘機(jī)基本處于閑置狀態(tài),挖掘機(jī)裝渣時(shí)間約 7.5 min,兩個(gè)設(shè)備不能同時(shí)作業(yè),從而影響循環(huán)時(shí)間。

(3)在井口料斗倒渣過程中,由于料斗和鋼絲繩之間為卡環(huán)連接,倒渣過程中需頻繁提升鋼絲繩并旋轉(zhuǎn)卡環(huán)螺栓,時(shí)間較長(zhǎng)(約 3 min),從而影響循環(huán)作業(yè)時(shí)間。

(4)由于豎井巖石不好,自穩(wěn)性較差,在受出渣時(shí)間長(zhǎng)影響后穩(wěn)定性更差,更需采取“強(qiáng)支護(hù)”方式及時(shí)噴護(hù),因此,原配置的 1臺(tái)噴錨機(jī)已不能滿足需要,噴護(hù)時(shí)間較長(zhǎng),從而影響循環(huán)作業(yè)時(shí)間。

5 解決問題的方案

根據(jù)以上施工過程中存在的問題,為了加快施工進(jìn)度,保證工程按期施工進(jìn)度不受影響,減少出渣垂直運(yùn)輸所用時(shí)間和噴護(hù)工序時(shí)間是問題的關(guān)鍵。為此,項(xiàng)目部經(jīng)過與多個(gè)廠家進(jìn)行溝通、考察、咨詢,在 2009年 8月中旬開始對(duì)施工設(shè)備和工藝流程進(jìn)行改進(jìn),并于 2009年 8月底投入使用。具體改進(jìn)措施為:

(1)積極與起重機(jī)廠家溝通、咨詢,在不改變起重量的情況下對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn),即將現(xiàn)有起重機(jī)配置的 JM10型慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)更改為 JK10型快速起重機(jī),并于 2009年 9月 4日安裝完畢,經(jīng)工程所在地質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督站驗(yàn)收合格后使用,大大提高了卷?yè)P(yáng)機(jī)的提升速度,提升速度由原來的6 m/min提高至最大 23 m/min,速度增加 3倍,大大提高了豎井的出渣速度,使吊渣單次循環(huán)時(shí)間縮短到 5 min以內(nèi)。

(2)增加 1個(gè)出渣料斗出渣,2個(gè)料斗交替吊運(yùn)出渣。在 1#料斗提升的同時(shí),2#料斗裝渣,從而節(jié)約了裝渣時(shí)間,使出渣循環(huán)時(shí)間節(jié)約近 7.5 min。

(3)將出渣料斗與鋼絲繩之間由原設(shè)計(jì)的卡環(huán)聯(lián)結(jié)方式更改為滿足吊重設(shè)計(jì)要求的吊鉤形式,并增設(shè)安全防脫措施,以掛鉤、摘鉤方式進(jìn)行施工,從而節(jié)約了卡環(huán)需頻繁旋轉(zhuǎn)銷子所用的時(shí)間,井下裝料循環(huán)時(shí)間由原來的 7.5 min縮短為0.5 min,使井上卸料循環(huán)時(shí)間由原來的 3 min縮短為 1 min(圖 4)。

(4)增加 1臺(tái)噴錨機(jī)和 6名噴護(hù)工,減少噴護(hù)作業(yè)時(shí)間約 1 h;同時(shí),最大限度地壓縮鉆孔、裝藥、爆破、噴錨支護(hù)等工序施工時(shí)間。

圖 4 吊耳與鋼絲繩之間連接方式示意圖

通過以上方法的改進(jìn),以 40 m深度為例,使單斗垂直出渣時(shí)間由原來的 25 min縮短至 15 min,出渣循環(huán)作業(yè)時(shí)間縮短了近 20 h,從而大大提高了施工速度和效率。施工方案改進(jìn)前后豎井開挖支護(hù)作業(yè)循環(huán)時(shí)間對(duì)比情況見表 1、2。按Ⅳ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺 1.5 m進(jìn)行統(tǒng)計(jì),表中時(shí)間為平均時(shí)間。

表 1 出線豎井高程2 136.00～2 078.00 m開挖支護(hù)作業(yè)實(shí)際循環(huán)時(shí)間表

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6 方案優(yōu)化后的施工效果分析

6.1 方案優(yōu)化后的進(jìn)度情況

通過采取以上優(yōu)化的施工措施,大大縮短了豎井開挖出渣施工循環(huán)時(shí)間,有效地加快了施工進(jìn)度,改進(jìn)前后豎井開挖支護(hù)的實(shí)際進(jìn)度情況統(tǒng)計(jì)時(shí)間見表 3。

由表 3可知,經(jīng)過改進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化施工方案及流程后,施工循環(huán)時(shí)間縮短較多,大大加快了施工進(jìn)度,于 2009年 11月 5日完成了豎井井身開挖支護(hù)施工。開挖及支護(hù)總工期為 4個(gè)月零 25天。

表 3 出線豎井井身開挖支護(hù)施工進(jìn)尺時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

6.2 采用反井鉆施工進(jìn)度情況分析

若仍按照原施工方案采用反井鉆法施工,即先利用反井鉆自上而下進(jìn)行導(dǎo)孔鉆孔施工,再自下而上進(jìn)行溜渣井?dāng)U挖施工,最后再自上而下完成井身二次擴(kuò)挖、從底部出渣方式施工,結(jié)合配置的 LM200反井鉆施工能力和工程實(shí)際情況,施工工期進(jìn)度情況:導(dǎo)孔鉆孔施工約需 1個(gè)月,溜渣井?dāng)U挖約需 1.5個(gè)月,井身二次擴(kuò)挖需 3.5個(gè)月(平均月進(jìn)尺按 30 m考慮),總工期約需 6個(gè)月。

6.3 優(yōu)化前后施工情況綜合分析

經(jīng)過對(duì)上述計(jì)劃施工進(jìn)度和實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析后得知,在設(shè)備改進(jìn)、施工方案及流程優(yōu)化后,采用正井法進(jìn)行出線豎井開挖及支護(hù)施工在本工程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),大大加快了施工進(jìn)度,縮短了豎井施工工期,而且與采用反井鉆法施工方式相比,施工工期也有所提前,從而為母線洞、主廠房等部位施工提供了工作面,縮短了地下廠房總施工工期。

7 結(jié) 語

正井法施工在甘肅省討來河三道灣水電站出線豎井的實(shí)踐和應(yīng)用中,通過改進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化出渣方案,井身實(shí)際開挖進(jìn)尺最高達(dá)到了 25.50 m/月,為正井法施工在豎直洞室開挖及支護(hù)施工過程中的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二,三卷)[M].北京:水利電力出版社,1997.